【佳學(xué)基因檢測】白化病基因檢測找到遺傳或者不遺傳的原因！

白化病基因檢測在解析其遺傳原因方面起著至關(guān)重要的作用。白化病作為一種經(jīng)典的遺傳性疾病，主要通過基因檢測來確認(rèn)是否存在與色素合成相關(guān)的基因突變，從而找到遺傳或者不遺傳的原因。以下是對這一問題的詳細(xì)分析：

白化病的遺傳機(jī)制

• 單基因遺傳病：白化病是一種單基因遺傳病，這意味著其發(fā)病是由單個(gè)基因的突變所引起的。具體來說，是由于與色素合成有關(guān)的基因突變后，導(dǎo)致黑色素不能正常合成，進(jìn)而引發(fā)白化病。
• 常染色體隱性遺傳：白化病主要呈常染色體隱性遺傳模式。在這種遺傳方式下，如果父母雙方都是致病基因的攜帶者（即雜合子），他們本身可能不表現(xiàn)出白化病的癥狀，但他們的子女有1/4的幾率成為純合子（即攜帶兩個(gè)相同的致病基因），從而表現(xiàn)出白化病的癥狀。
• X連鎖隱性遺傳：對于眼白化病這一特定類型，其遺傳方式為X連鎖隱性遺傳。這意味著致病基因位于X染色體上，因此男性（XY）比女性（XX）更容易患病，因?yàn)榕孕枰獌蓚€(gè)X染色體都攜帶致病基因才會(huì)發(fā)病，而男性只需一個(gè)X染色體攜帶致病基因即可發(fā)病。

白化病基因檢測的作用

• 確認(rèn)遺傳狀態(tài)：通過基因檢測，可以準(zhǔn)確地確定個(gè)體是否攜帶白化病的致病基因，以及是雜合子還是純合子。這對于預(yù)測個(gè)體的遺傳風(fēng)險(xiǎn)、制定生育計(jì)劃以及進(jìn)行產(chǎn)前診斷具有重要意義。
• 指導(dǎo)臨床治療：了解白化病的遺傳機(jī)制后，醫(yī)生可以根據(jù)患者的基因檢測結(jié)果來制定個(gè)性化的治療方案。雖然目前白化病尚無根治方法，但基因檢測有助于醫(yī)生評(píng)估患者的病情嚴(yán)重程度、預(yù)測并發(fā)癥的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，并采取相應(yīng)的預(yù)防措施。
• 遺傳咨詢：對于攜帶白化病致病基因的個(gè)體及其家庭成員，基因檢測還可以提供遺傳咨詢服務(wù)。通過專業(yè)的遺傳咨詢，可以幫助他們了解白化病的遺傳方式、發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)以及預(yù)防措施，從而做出明智的生育決策。

不遺傳的原因

雖然白化病是一種遺傳性疾病，但并非所有攜帶致病基因的人都會(huì)發(fā)病。這主要?dú)w因于遺傳的復(fù)雜性和多樣性。在某些情況下，即使個(gè)體攜帶了致病基因，但由于其他基因或環(huán)境因素的作用，也可能不會(huì)表現(xiàn)出白化病的癥狀。此外，如果個(gè)體只攜帶了一個(gè)致病基因（即雜合子），他們通常也不會(huì)發(fā)病，而是成為致病基因的攜帶者。

白化病基因檢測共識(shí)性意見

白化病基因檢測是解析其遺傳原因的重要手段。通過基因檢測，可以確認(rèn)個(gè)體是否攜帶白化病的致病基因以及遺傳方式，從而為遺傳咨詢、臨床治療和生育計(jì)劃提供科學(xué)依據(jù)。同時(shí)，也需要認(rèn)識(shí)到遺傳的復(fù)雜性和多樣性，以及不同個(gè)體之間的差異性和不確定性。

白化病致病基因鑒定大數(shù)據(jù)分析

1208 名白化病患者接受了≤19 種白化病相關(guān)基因檢測；這些個(gè)體之間沒有血緣關(guān)系。在國際基因組協(xié)作聯(lián)盟數(shù)據(jù)庫中，又發(fā)現(xiàn)了 105 名白化病患者。該資源中還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)由 29,497 名無血緣關(guān)系的個(gè)體組成的“對照”隊(duì)列，這些個(gè)體沒有記錄的診斷或白化病特征（圖1）。

圖：1:病例對照致病基因鑒定基因解碼思路

進(jìn)行了病例對照分析，以深入了解蛋白質(zhì)編碼和調(diào)控變異（在等位基因頻率譜的常見和罕見端）對白化病的貢獻(xiàn)。病例隊(duì)列中的大多數(shù)參與者（1208/1313）是通過基因解碼數(shù)據(jù)庫確定的。所有這些病患都至少具有白化病的一個(gè)關(guān)鍵眼部特征，即眼球震顫或明顯的中心凹發(fā)育不全。其余 105/1313 病例是通過十萬基因組計(jì)劃數(shù)據(jù)集確定的，并被診斷為白化病或具有與部分/眼部白化病一致的表型。對照隊(duì)列包括來自基因組學(xué)十萬基因組計(jì)劃數(shù)據(jù)集的 29,497 名無關(guān)個(gè)體，其中均無白化病診斷記錄。研究了包括純合狀態(tài)的選定TYR單倍型的基因型。所指的單倍型是指由預(yù)測具有功能相關(guān)性的TYR變體組合形成的單倍型；三種變體符合針對調(diào)節(jié)（ TYR c.-301C>T）和常見蛋白質(zhì)編碼（TYR c.575C>A 和 c.1205G>A）變體設(shè)定的預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)。使用邏輯回歸進(jìn)一步分析了相關(guān)的單倍型區(qū)塊。100K_GP Genomics England 100,000 基因組計(jì)劃、eQTL 表達(dá)數(shù)量性狀基因座、MAF 次要等位基因頻率、CADD 組合注釋依賴性耗竭評(píng)分、HGMD 人類基因突變數(shù)據(jù)庫 v2021.2。TYR變體編號(hào)基于具有以下標(biāo)識(shí)符的轉(zhuǎn)錄本：NM_000372.5和 ENST00000263321.6。

為了深入了解常見變異對白化病遺傳結(jié)構(gòu)的貢獻(xiàn)，白化病致病基因鑒定研究了蛋白質(zhì)編碼變化的影響，這些變化具有次要等位基因頻率 [MAF] ≥ 1% 并且通過計(jì)算算法預(yù)測具有功能相關(guān)（CADD 評(píng)分 ≥ 20）。對于TYR，已鑒定出兩個(gè)這樣的變異：c.575C>A（p.Ser192Tyr）[rs1042602] 和 c.1205G>A（p.Arg402Gln）[rs1126809]。已經(jīng)記錄了這兩種變化的多種關(guān)聯(lián)，包括與皮膚/頭發(fā)色素沉著（兩種變異）、黃斑厚度（c.575 C>A）和虹膜顏色（c.1205G>A）。此外，每一種變化都已證明會(huì)在體外降低酪氨酸酶活性。重要的是，有證據(jù)表明 c.1205G>A 是一種“次等位基因”變異，在復(fù)合雜合狀態(tài)下，TYR改變完全喪失功能，會(huì)導(dǎo)致輕度白化病。還要注意的是，這種變異在歐洲人群中的 MAF 約為 27%，并且已報(bào)告多個(gè)未受影響的純合個(gè)體（包括基因組聚合數(shù)據(jù)庫 [gnomAD] v2.1.1 的控制子集中的 2000 多人）。

為了深入了解調(diào)控變異的作用，白化病致病基因鑒定研究了改變TYR調(diào)控元件（即TYR啟動(dòng)子或 ENCODE 列出的增強(qiáng)子）并影響TYR基因表達(dá)（即它們是已知的TYR表達(dá)數(shù)量性狀位點(diǎn) [ eQTL ]）的變化的影響。已鑒定出一種這樣的變異，即 c.−301C>T [rs4547091]，這是一種胎兒視網(wǎng)膜色素上皮 (RPE) 選擇性 eQTL。已知這種變化會(huì)改變TYR啟動(dòng)子中轉(zhuǎn)錄因子OTX2的結(jié)合位點(diǎn)，并且參考等位基因 (c.−301C) 已被證明會(huì)導(dǎo)致體外啟動(dòng)子活性顯著下降。

只關(guān)注單個(gè)序列改變而不考慮變異相互作用和/或連鎖不平衡模式，可能會(huì)掩蓋復(fù)雜的潛在機(jī)制。為了克服這個(gè)陷阱，白化病致病基因鑒定避免對 TYR c. -301C>T、c.575C>A 和 c.1205G>A 變化進(jìn)行獨(dú)立分析，而是研究它們形成的單倍型塊。可能會(huì)遇到 8 種可能的單倍型和 36 種可能的單倍型對 [2 3-1  × (2 3  + 1)]。白化病致病基因鑒定只關(guān)注包含純合等位基因的 8 個(gè)單倍型對（圖 2a) 有兩個(gè)原因：（1）在純合個(gè)體中，即使在沒有分離/定相數(shù)據(jù)的情況下，也可以明確地確定潛在的單倍型；（2）在常染色體隱性遺傳疾?。ㄈ鏣YR相關(guān)白化?。┲校硇彤惓Ｊ莾蓚€(gè)等位基因綜合作用的結(jié)果；通過僅分析純合病例，可以更精確地分離和評(píng)估特定單倍型的影響。

圖 2：常見的TYR變體形成影響白化病風(fēng)險(xiǎn)和視覺表現(xiàn)的單倍型

a顯示了所研究的 TYR 單倍型。TYR c.−301C>T [rs4547091] 啟動(dòng)子變異的參考等位基因與較低的基因表達(dá)相關(guān)，顯示為 C (↓)；非參考等位基因與較高的基因表達(dá)相關(guān)，顯示為 T (↑)。c.575C>A (p.Ser192Tyr) [rs1042602] 和 c.1205G>A (p.Arg402Gln) [rs1126809] 錯(cuò)義變異的參考等位基因以綠色字體突出顯示，而非參考等位基因以紅色字體突出顯示。由于未檢測到 TYR [ −301T;575A;1205A] 和 [−301T;575A;1205 G] 單倍型的純合子，因此這些組合以灰色字體突出顯示。b攜帶選定的純合TYR單倍型的個(gè)體群體患白化病的風(fēng)險(xiǎn) (即被診斷為白化病的概率) 。每個(gè)條形圖的長度與每個(gè)優(yōu)勢比的點(diǎn)估計(jì)值成比例；還顯示了相關(guān)的 95% 置信區(qū)間。使用以 1 為參考點(diǎn)的 l??og 10刻度；注意，優(yōu)勢比 >1 表示風(fēng)險(xiǎn)增加，而優(yōu)勢比 <1 表示風(fēng)險(xiǎn)降低。c攜帶選定的純合TYR單倍型的英國生物銀行參與者的視力測量分布。視力接近 0.0 LogMAR 被認(rèn)為是正常，而視力 >0.5 LogMAR 被認(rèn)為是中度/重度視力障礙。Kruskal-Wallis p值為 8 × 10 −11 。

白化病致病基因鑒定使用了 Firth 回歸分析來研究TYR單倍型如何影響白化病風(fēng)險(xiǎn)（即被診斷為白化病的概率）。這種越來越受認(rèn)可的邏輯回歸方法旨在處理小型、不平衡的數(shù)據(jù)集（這在罕見疾病研究中很常見），并允許調(diào)整關(guān)鍵協(xié)變量（這在列聯(lián)表方法中是不可能的）（圖 1）。結(jié)果如圖2 b所示。該分析確定了一些相關(guān)要點(diǎn)，如下所述。

白化病致病基因鑒定發(fā)現(xiàn)“次等位基因” TYR c.1205G>A 變體的外顯率受TYR c.−301C>T 啟動(dòng)子變化的調(diào)節(jié)。當(dāng) c.1205G>A 處于純合狀態(tài)并與啟動(dòng)子變體的 c.−301C 等位基因（降低TYR表達(dá)）結(jié)合時(shí)，患白化病的風(fēng)險(xiǎn)很高（OR > 24；參見圖2b 中的 [C;A;A] 和 [C;C;A])。相反，c.1205G>A 純合子與 c.−301T 等位基因（增加TYR表達(dá)）相結(jié)合，具有保護(hù)作用（OR < 0.7；參見圖 3 中的 [T;C;A]）)。這一觀察結(jié)果與先前的研究一致，表明外顯率可以通過調(diào)節(jié)和蛋白質(zhì)編碼變體的聯(lián)合功能效應(yīng)來改變。白化病致病基因鑒定在此在隱性作用、部分功能喪失變體的背景下提供了這種機(jī)制的關(guān)鍵說明。

除此之外，白化病致病基因鑒定發(fā)現(xiàn)TYR c.−301C>T 啟動(dòng)子變體的純合性可預(yù)防白化病 (OR 0.3–0.7；參見圖2b中的 [T;C;A] 和 [T;C;G])）。值得注意的是，保護(hù)性 c.−301T 等位基因的等位基因頻率在非洲血統(tǒng)人群中接近 80%，在歐洲血統(tǒng)人群中約為 40%?？梢酝茰y，TYR啟動(dòng)子位置的變異部分解釋了非洲血統(tǒng)人群中TYR相關(guān)白化病患病率相對較低的原因。

白化病致病基因鑒定的研究結(jié)果還強(qiáng)調(diào)，啟動(dòng)子變體的 c.−301C 等位基因（降低TYR表達(dá)）與兩個(gè)常見錯(cuò)義突變的非參考等位基因 c.575C>A 和 c.1205G>A 形成的單倍型的純合性與白化病風(fēng)險(xiǎn)的顯著增加相關(guān)（OR > 82；參見圖中的 [C;A;A]）。 2b)。盡管千人基因組計(jì)劃 (第 3 階段) 中約 1% 的歐洲血統(tǒng)人群存在這種單倍型，但它似乎與孟德爾突變相比，具有患白化病的風(fēng)險(xiǎn)。三項(xiàng)規(guī)模較小的研究結(jié)果支持這一結(jié)論，這些研究采用基于家庭的方法，研究了含有 TYR c.575C >A 和 c.1205G>A 變體的單倍型。

當(dāng)TYR c.[−301C;575A;1205A] 和 c.[−301C;575C;1205A] 單倍型（對應(yīng)圖2b中的 [C;A;A] 和 [C;C;A]） 在病例隊(duì)列的臨床級(jí)分析中被考慮為孟德爾變異，診斷率從 57% (692/1208) 增加到 76% (916/1208)（圖 3）需要注意的是，目前的遺傳實(shí)驗(yàn)室流程通常不能很好地識(shí)別這些復(fù)雜的高風(fēng)險(xiǎn)單倍型，尤其是當(dāng)過濾基于個(gè)體變異的罕見性時(shí)。

圖 3:對白化病隊(duì)列中的 1208 名病患進(jìn)行高級(jí)分子診斷

24% 的病例無法進(jìn)行分子診斷（“未知”類別）。其余先證者涉及以下基因：TYR（34%）、OCA2（19%）、SLC45A2（8%）、GPR143（5%）、Hermansky-Pudlak 綜合征 (HPS) 相關(guān)基因（5%）、SLC24A5 （2%）、其他白化病相關(guān)基因（3%）。 TYR相關(guān)白化病病例中有相當(dāng)一部分被發(fā)現(xiàn)/推測攜帶TYR c.[-301C;575A;1205A] 或TYR c.[-301C;575 C;1205A] 單倍型（15% 為雜合狀態(tài) [' TYR雜合單倍型' 類別]；3% 為純合狀態(tài) [' TYR純合單倍型' 類別]）。更多信息（包括所有分子診斷的列表）可以在補(bǔ)充數(shù)據(jù) 1中找到。

白化病致病基因鑒定隨后研究了TYR c.[−301C;575A;1205A] 單倍型（對應(yīng)圖 中的 [C;A;A]） 的影響。2b) 在英國生物銀行參與者中。白化病致病基因鑒定發(fā)現(xiàn)，具有這種單倍型純合子的人平均視力降低（平均 LogMAR 視力 0.10；Kruskal-Wallis p值 8 × 10 −11，所有涉及 [C;A;A] 的成對比較均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；圖2c）。由于視力是白化病的定量內(nèi)表型，這一發(fā)現(xiàn)為這種復(fù)雜單倍型的功能重要性提供了額外的證據(jù)。在評(píng)估另一種白化病內(nèi)表型——中央視網(wǎng)膜厚度時(shí)也觀察到了類似的趨勢（Kruskal-Wallis p值 <2 × 10 −16）。白化病致病基因鑒定期望未來對這組純合個(gè)體的視覺功能和眼部結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的研究將為 RPE 黑色素合成與視覺系統(tǒng)組織之間難以捉摸的聯(lián)系提供關(guān)鍵見解。此外，白化病致病基因鑒定預(yù)計(jì)針對這些純合病例的特定細(xì)胞模型的研究（例如人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞衍生的 RPE）將加深白化病致病基因鑒定對白化病分子病理學(xué)的理解。

最后，白化病致病基因鑒定量化了罕見和常見變異組合相關(guān)的白化病風(fēng)險(xiǎn)。對于每個(gè)研究參與者，白化病致病基因鑒定估計(jì)了個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)的兩個(gè)關(guān)鍵因素。首先，白化病致病基因鑒定計(jì)算了白化病相關(guān)基因中罕見的、假定的孟德爾變異的數(shù)量；考慮了 MAF < 1% 且在人類基因突變數(shù)據(jù)庫 (HGMD) v2021.2 40中標(biāo)記為致病 (DM) 的單核苷酸變異。隨后，白化病致病基因鑒定計(jì)算了TYR中常見“風(fēng)險(xiǎn)基因型”的數(shù)量(iec-301C、c.575A 和/或 c.1205A)。白化病致病基因鑒定發(fā)現(xiàn)，即使沒有罕見的 HGMD 列出的變異 (OR > 3.6；表)，存在 >4 種常見TYR風(fēng)險(xiǎn)基因型也會(huì)增加患白化病的風(fēng)險(xiǎn) 1）。白化病致病基因鑒定還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)單個(gè)雜合的 HGMD 列出的變異與 >1 種常見的TYR風(fēng)險(xiǎn)基因型同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，患白化病的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)增加（任何白化病相關(guān)基因的罕見變異的 OR > 4.2，TYR 的罕見變異的 OR > 1.2 ；表 1）這些觀察結(jié)果為白化病家庭進(jìn)行更精準(zhǔn)的遺傳咨詢提供了基礎(chǔ)。

表格1：不同類型的白化病相關(guān)變異對疾病風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)。

a在一個(gè)等位基因中存在以下每種TYR變體均被視為一種常見風(fēng)險(xiǎn)基因型：c.−301C [rs4547091]；c.575C>A (p.Ser192Tyr) [rs1042602]；c.1205G>A (p.Arg402Gln) [rs1126809]。TYR變體編號(hào)基于具有以下標(biāo)識(shí)符的轉(zhuǎn)錄本：NM_000372.5和 ENST00000263321.6。

b檢查了常染色體白化病相關(guān)基因，并將人類基因突變數(shù)據(jù)庫 (HGMD) v2021.2 中每個(gè)次要等位基因頻率 <1% 且?guī)в?ldquo;致病”(DM) 標(biāo)簽的雜合蛋白質(zhì)編碼變化視為一種罕見風(fēng)險(xiǎn)基因型。TYR 基因中的此類基因型被標(biāo)記為“罕見 TYR ”。

c以性別和血統(tǒng)為協(xié)變量的 Firth 回歸分析用于估計(jì)優(yōu)勢比和未調(diào)整的p值；該分析包括 1313 名白化病患者和 29,497 名無關(guān)對照（補(bǔ)充數(shù)據(jù) 1）。

d這些類別的最小子群中包含不到 10 個(gè)人，從而降低了相關(guān)發(fā)現(xiàn)的可靠性。

本研究的一個(gè)潛在限制是白化病致病基因鑒定無法嚴(yán)格匹配白化病病例與未受影響的對照，特別是在近期血統(tǒng)方面（這可能與皮膚色素沉著相關(guān)）。雖然血統(tǒng)被納入白化病致病基因鑒定的回歸模型的一個(gè)參數(shù)，但這種分析并不完善，因?yàn)闊o法可靠地為大多數(shù)白化病病例分配遺傳血統(tǒng)。眾所周知，無法完全解釋病例和對照之間祖先背景的差異可能導(dǎo)致假陽性關(guān)聯(lián)信號(hào)。白化病致病基因鑒定采用了多種正交方法來評(píng)估白化病致病基因鑒定發(fā)現(xiàn)的穩(wěn)健性和普遍性。首先，白化病致病基因鑒定使用 35 個(gè)假定的中性單核苷酸變異來計(jì)算基因組膨脹因子 lambda（λGC）；發(fā)現(xiàn)λ中值為 1.04，與血統(tǒng)有限的混雜因素保持一致。隨后，白化病致病基因鑒定對可用的隊(duì)列進(jìn)行了有針對性的子分析；三項(xiàng)重點(diǎn)病例對照研究的結(jié)果支持了白化病致病基因鑒定的主要發(fā)現(xiàn)，并增強(qiáng)了對所檢測到的關(guān)聯(lián)的有效性的信心。

總之，白化病致病基因鑒定已經(jīng)表明，白化病風(fēng)險(xiǎn)的很大一部分源于與常見變異相關(guān)的遺傳易感性。此外，白化病致病基因鑒定的研究結(jié)果表明，應(yīng)在調(diào)節(jié)單倍型的背景下考慮TYR中罕見和常見的蛋白質(zhì)編碼變異。這里討論的概念可能與理解其他罕見疾病有關(guān)，基于單倍型的方法有望縮小大量患者的診斷差距。未來的工作將涵蓋更多不同的人群，并專注于將常見和罕見變異（包括單核苷酸和拷貝數(shù)變化）整合到單個(gè)遺傳風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分中。